在《科學》子刊上發表創新成果。
難以想象！人工智能技術與超表面全息術相結合，單張全息圖竟能重建118幅獨立圖像，并創下入射光2納米的超窄線寬紀錄。更為神奇的是，這一技術還能進行全息視覺加密，開發出“所見非所得”的動態密碼系統。
近日，這一技術由上海理工大學顧敏院士、方心遠研究員團隊聯合澳大利亞、美國等頂尖實驗室，在《科學進展》（Science Advances）上發表題為“超窄線寬波長-渦旋復用超表面全息術”（“Ultranarrow-linewidth Wavelength-Vortex Metasurface Holography”）的研究論文。論文第一作者是上理工智能科技學院孟維佳同學與美國華盛頓大學Johannes E. Fr?ch博士。
【Transformer神經網絡：給光戴上“智能濾鏡”】
如何讓一張全息圖承載上百幅圖像？研究團隊給出的答案是“AI賦能光學設計”。
傳統全息圖設計依賴低效率的迭代優化算法，團隊利用Transformer神經網絡，對單張純相位全息圖進行全局優化設計，應用于具有寬波段響應能力的納米超表面全息圖，使其能夠同時感受入射光波長與軌道角動量的雙重變化。
波長-渦旋復用超表面全息概念圖
簡單來說，就像為光波打造了“智能篩網”，僅允許特定顏色和螺旋程度的光通過，從而在可見光范圍內實現了2納米超窄線寬的高精度篩選。“AI為光雕刻出118把不同的鑰匙，每把鑰匙只能打開特定的信息寶庫。”孟維佳比喻道。
【跨國協作實現科研突破】
這項研究的背后，是一支橫跨三大洲的科學聯合團隊，由上海理工牽頭，澳大利亞莫納什大學、美國華盛頓大學等機構的專家們跨越時區壁壘，云端協作攻克技術難關。通過“虛擬實驗室”共享實時數據，利用跨國設備接力完成超表面制備與測試。
“就像用全球智慧拼出一張完美全息圖，”方心遠研究員感慨道。這種無國界科研模式，不僅驗證了超窄線寬超表面全息作為光學密碼鎖的可行性，更凸顯了國際合作在科研中的重要性。
上理工研發團隊合影
超表面全息術作為納米光子學的前沿領域，設計涉及復雜的光場調控與納米級結構優化。作為上理工智能科技學院的首位博士畢業生，孟維佳在導師團隊的指導下，創新性地引入人工智能技術，攻克了傳統方法難以逾越的壁壘。這一成果也標志著學院在交叉學科人才培養上邁出里程碑式一步，為后續“光學人工智能”研究奠定人才基石。
【從“視覺密碼鎖”到光學人工智能】
實驗顯示，該技術的信息加密安全性較傳統方法提升超過2500倍，即使截獲全息圖，若未掌握密鑰對應的波長與渦旋參數組合，也無法破解原始信息。這種“視覺密碼術”已在高安全級數據存儲、防偽標識等領域展現應用潛力。
據悉，研究團隊已將該技術應用于全息視覺加密，開發出“所見非所得”的動態密碼系統。例如，用特定波長激光照射超表面時，看似無序的光斑會瞬間自組織成二維碼或三維動態圖像，而其他波段光源僅顯示干擾圖案。
這種“光學指紋”驗證技術，可應用于國防安全與金融防偽領域。更長遠來看，團隊正探索將超表面與光學神經網絡結合，利用其并行處理光信號的特性，構建比現有電子芯片快千倍的光學人工智能芯片。
來源：上觀新聞
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